JPS591782B2 - 鉄・クロム・アルミニウム系電熱合金 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は炭素を０．０１％以上、窒素を０．０２％以
上含有する鉄・クロム・アルミニウム系電熱合金の改良
に係る。

鉄・クロム・アルミニウム系合金は電熱材料としてニッ
ケル・クロム系合金と共に広く実用に供されており、ニ
ッケル・クロム系合金に比べて、高温における耐酸化性
に優れ、寿命が長く、固有電気抵抗値が高い上に、原材
料価格が安価である等の多くの特徴を有している。

鉄・クロム・アルミニウム系電熱合金は一般にＡｔ２．
５〜８％、Ｃｒ２０〜３０％、残部Ｆｅ（重量％、以下
同じ）であつて、この範囲のものが使用する高温度で酸
化し難いこと、機械的性質が良く、塑性加工が容易であ
ること、電気比抵抗値が高いこと等の電熱合金の必要条
件を備えており、一般的にはアルミニウムやクロムの含
有量が高い程これらの特性値は高い値を示すようになる
。

従つて使用温度が高い場合には例えばＪＩＳ・Ｃ２５２
Ｏ、、ＦＣＨＷＩ、ＦＣＨＲＩ或いはカンタル（商品名
）合金の如くにアルミニウム４〜８％、クロム２０〜３
０％のものが一般に実用されている。然しながら鉄・ク
ロム・アルミニウム系電熱合金の諸特性はアルミニウム
やクロムの含有量だけではなく、含有する微量不純物、
微量添加元素或いは溶解方法、加工熱処理方法等に依存
することが大きいこともまた周知のとおりで、高品質、
高特性の鉄・クロム・アルミニウム系電熱合金の製造に
は高度の技術を要するものとされている。

このうち微量不純物の含有は電熱合金の特性に好ましく
ない影響を与え、なかんづく炭素や窒素が微量含有され
ると電熱合金の機械的性質を著しく害し、伸線加工や曲
げ加工等の塑性加工を困難にする。その上、耐酸化特性
にも悪い影響を及ほす。この微量の炭素や窒素の影響は
後述するよう。に特にクロムやアルミニウムの含有量の
多い場合に顕著に現われてくる。鉄・クロム・アルミニ
ウム系電熱合金において炭素や窒素は合金溶製の際原材
料から混入するし、或いは溶解雰囲気からも溶湯中には
いつて来る。

例えば純度の高い原材料を使用し、溶解や鋳造を大気中
でなく、真空或いはアルゴン雰囲気で行なうことによつ
て炭素や窒素含有量の少ない高クロム、高アルミニウム
含有の鉄・クロム・アルミニウム合金を製造することは
可能であるが、現在業的に入手し得る原材料では混入す
る炭素量を０．０１％以下にすることは経済的に難しい
。また溶解鋳造を大気中で行なつたのでは窒素含有量を
０．０２０／）以下にすることも難しい。しかしながら
前述したように炭素や窒素は鉄・クロム・アルミニウム
合金の機械的性質や耐酸化性或いは寿命に悪影響を及（
よすから、経済的には不利であるが良質の原材料を使用
し、或いは特殊の溶解装置を使用して真空またはアルゴ
ン雰囲気等の中で溶解鋳造することによつて、このよう
な不純物を極力少なくしているので、製造原価が高くな
るのは避けることができない。

本願発明は炭素や窒素を或る程度含有していても電熱材
料としての特性の優れた鉄・クロム・アルミ・ニウム合
金を提供することを目的とし、クロム２０〜３０％、ア
ルミニウム４〜８％、不純物として炭素０．０１９６以
上、窒素０．０２％以上、合計で０．１％以下、残部実
質的に鉄よりなる鉄・クロム・アルミニウム系合金にニ
オビウム０．１〜０．３（ｆｌ）とジルコニウム０．０
５〜０．２５％とを含有せしめたことを特徴とする機械
的性質および耐酸化性、寿命値の改善された鉄・クロム
・アルミニウム系電熱用合金に係る。

前述したように現在経済的に入手できる原材料を使い、
大気溶解で溶製する場合、本合金の炭素、窒素含有量を
それぞれ０．０１％以下、０．０２％以下にすることは
難かしいが、本願発明の合金はこのように炭素および窒
素を含有していても優れた機械的性質および耐酸化性を
示すので、安価が原材料を使用し、而も大気溶解を行な
うことができるようになり、経済的にもきわめて優れた
鉄・クロム・アルミニウム電熱合金である。

この種の高クロム、高アルミニウム含有の鉄・クロム・
アルミニウム電熱合金の炭素、窒素含有量と機械的性質
を調査した結果によれば、炭素と窒素とを合せて０．０
３％以下では伸び、絞り、曲げ回数はいずれも大よそ一
定の値を示すが、これが０．０３％を超えると次第にば
らつきが多くなり、機械的性質の異常部が生じているこ
とが示唆され、０．０４％以上になると異常値の発生回
数およびばらつきの幅が急に大きくなる。

このような異常部の発生は伸線加工や圧延加を困難にし
、電熱合金としてはきわめて好ましくない。このように
伸び、絞り或いは曲げ回数が小さい値を示すことはニオ
ビウムを微量添加することによつて改善できることは既
に知られているが、本発明者の研究によれば機械性質の
異状部はなくなるものの電熱合金の基本的特性である耐
酸化性或いは寿命値がニオビウムの添加によつて損なわ
れることが判つた。

本発明者は炭素と窒素を合せて０．０３０／）以上含有
する鉄・クロム・アルミニウム系合金の機械的性質、寿
命値および耐酸化性を改善する方法の研究を続けた結果
、ニオビウムとジルコニウムとを一緒に添加含有せしめ
ることによつてこれら特件の優れた鉄・クロム・アルミ
ニウム系電熱合金を得ることに成功した。

第１表、第２表および第１図には本発明に係るニオビウ
ムとジルコニウムとを一緒に添加したものと、無添加の
ものとの試験結果を示してある。

第１表および第２表によればニオビウムとジルコニウム
とを含有せしめた場合はＣ含有量、Ｎ含有量が多く、（
Ｃ＋Ｎ）％が０．０６１％或いは０．０６２％でも機械
的性質に異常値がなく、また１３００℃における寿命値
もニオビウム単昧添加の場合の如く無添加のものに比し
て低下するようなことはなく、むしろ無添加のものより
も良い値を示していることが判る。第１図は大気中で１
２００℃に加熱した場合、加熱時間と酸化増量との関係
を示している。

試料Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄはそれぞれ第１表および第２表の試
料Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄと同じ化学組成のものである。ニオビ
ウムとジルコニウムとを含有させた試料ＢとＤの酸化増
量はこれら両元素を添加しない試料Ａ．ｌ！−Ｃに比し
て半分以下になつており、ニオビウムとジルコニウムと
を一緒に含有させると耐酸化性が著しく改善されること
が判る。ニオビウムの含有量は０．１％よりも少ないと
機械的性質の改善が見られず、０．３０１）以上になる
と耐酸化性や寿命値に好ましくない影響を及ほすのでそ
の含有量は０．１〜０．３Ｃｆ１１とする。

またジルコニウムの含有量は０．０５％以下では寿命値
を改善する効果が無くなるし、０．２５％以止になると
機械的性質を悪くするのでその含有量は０．０５〜０．
０２５％とする。そのほか、本発明においては１２００
℃以上１３００℃でも使用可能な電熱用合金を対象とす
るので、クロムは２０〜３０％、アルミニウムは４〜８
（ｆ）とし、大気溶解による製造を可能にするため炭素
は０．０１％以上、窒素は０．０２％以上、合計で０．
１％以下を不純物として含有し、残部は実質的に鉄より
なるものとする。

以上説明したように本願の電熱合金はニオビウムとジル
コニウムとをそれぞれ０．１〜０．３％および０．０５
〜０．２５（：ｆｌ）含有させてあるので、鉄・クロム
・アルミニウム合金で炭素が０．０１％以上、窒素が０
．０２％以上ただし合計で０．１（ｆ）以下含まれてい
てもその機械的性質および耐酸化特性或いは寿命値が改
善され、優れた値を示すようになり、従つて従来使用さ
れて来たような低炭、低窒素の原材料でなく、安価な原
材料でも使用することができるようになり、或いは真空
溶解、アルゴン雰囲気溶解でなく大気中溶解が可能にな
るなどその実用上の効果はきわめて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る電熱合金と従来品の耐酸化性試験
結果の一例を示すグラフである。 ＢおよびＤ・・・・・・本発明に係る試料、ＡおよびＣ
・・・・・・ＮｂおよびＺｒを含まない対比材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ クロム２０〜３０％、アルミニウム４〜８％、不純
   物として炭素０．０１％以上、窒素０．０２％以上、合
   計で０．１％以下、残部実質的に鉄よりなる鉄・クロム
   ・アルミニウム系合金にニオビウム０．１〜０．３％と
   ジルコニウム０．０５〜０．２５％とを含有せしめたこ
   とを特徴とする機械的性質および耐酸化性、寿命値の改
   善された鉄・クロム・アルミニウム系電熱用合金。